Vorrichtung zur Änderung des engsten Querschnittes einer Expansionsdüse für Pr allzerkleiner er. In den Prallzerkleinerern zur Verarbeitung irgendwelcher Stoffe wird verdichtetes Gas (in der Regel Luft) nach Durchfluss durch den engsten Querschnitt einer Öffnung ent spannt, die in den meisten Fällen als Düse oder gut abgerundete Mündung ausgebildet ist.
Das strömende Gas erfasst den zu zer kleinernden Rohstoff und schleudert ihn gegen einen Prallkörper. Die Zerkleinerung erfolgt nicht nur beim Aufschlag an diesen Prallkörper, sondern auch durch Stösse und Reibung zwischen aufeinander prallenden Teilen des zu zerkleinernden Stoffes. Die in .dem Prallzerkleinerer beim Durchfluss durch den engsten Querschnitt auftretende kineti sche Energie bildet ein Mass für die Leistung des Zerkleinerers.
Die Regelung dieser Leistung kann durch Veränderung der Drehzahl oder durch Dros selung des zugehörigen Verdichters, ferner durch Veränderung der dem strömenden Gas in dem. Prallzerkleinerer ausgesetzten Ober fläche des Rohgutes und schliesslich durch Veränderung des engsten Durchflussquer- chnittes (Düsen- oder Mündungsquerschnitt) erfolgen. Die letztere Regelungsart hat .den Vorzug, dass sie mit einfachen Mitteln auszu führen ist und auch eine nahezu verlustlose Anpassung der Leistung des Zerkleinerers an den Bedarf gestattet, und zwar auch bei un veränderlicher Drehzahl des zugehörigen Verdichters.
In gewissen Fällen kann aber natürlich auch eine Veränderung des engsten Querschnittes der Durchflussöffnung gleich zeitig mit einer Drehzahländerung oder auch einer Drosselung zweckmässig sein. Es lassen sich dadurch zum Beisspiel bei einem Prall zerkleinerer für Brennstoffe in Verbindung mit einer Feuerung Vorteile bezüglich der Verbrennung erzielen.
Je nach den besonderen Umständen er folgt die Veränderung des engsten Durch flussquerschnittes, so dass für kleinere Lei stung des Zerkleinerers dieser Querschnitt vergrössert, oder aber dass eine umgekehrte Abhängigkeit hergestellt wird. Der erste Fall ist in der Regel bei Verwendung eines Schleuderverdichters gegeben, wenn auch zwecks Erreichung besonderer Wirkungen gerade beim Schleuderverdichter auch das umgekehrte Verfahren gewählt werden kann.
In allen Fälle ist es wesentlich, dass die Veränderung des engsten Querschnittes der Expansionsdüse möglich stetig und ohne Ver änderung ihres Durchmessers erfolgt, da es sich als zweckmässig erwiesen hat, ein be stimmtes festes Verhältnis: zwischen dem Düsendurchmesser und dem Durchmesser des Mischrohres des Prallzerkleinerers stets auf recht zu erhalten.
Erfindungsgemäss wird dies nun bei der Gegenstand .der Erfindung bildenden Vor richtung zur Änderung des engsten Quer schnittes einer Expansionsdüse für Prallzer- kleinerer durch einen kegelartigen, in der Achsrichtung der Düse verschiebbaren Kör per durch dessen Verschiebung die Änderung des engsten Düsenquerschnittes bewirkt wird, ermöglicht. Gleichzeitig mit der Verände rung des engsten Durchflussquerschnittes kann auch eine Änderung der dem Gasstrom aufgesetzten Oberfläche,des Rohgutes durch geführt werden, indem bei Einstellung auf kleinere Leistung diese Oberfläche verklei nert wird.
Dies erfolgt zweckmässig dadurch, dass der verschiebbare Körper mit dem Mischrohr des Prallzerkleinerers in Bewegungsabhän gigkeit gebracht wird. Es kann damit. bei spielsweise der Vorteil verbunden werden, die Nulleistung des Zerkleinerers durch die Schlussstellung des Mischrohres zu verwirk lichen, wenn die Veränderung des engsten Durchflussquerschnittes der Düse entspre chend der Nulleistung aus konstruktiven oder andern Gründen vermieden werden soll mit Rücksicht auf die Betriebsverhältnisse .des zugehörigen Verdichters.
(Unzulässige Drucksteigerung bei Verwendung von Kol ben- oder Kapselverdichtern, Vermeidung der Bombage beim Schleuderverdichter.)- Bei der Anwendung der Vorrichtung ge inäss der Erfindung auf einen Prallzerklei- nerer, der als Einblasemühle für Brennstoffe in einer Feuerung dient, kann in vorteilhaf ter Weise der engste Querschnitt der Düse selbsttätig in Abhängigkeit von der Tem peratur der Feuergase verändert werden, bei spielsweise zu dem Zweck, die Feuergastem- peratur an irgendeiner Stelle konstant zu halten.
Im Falle einer Dampferzeugungsan- lage kann man die Veränderung des engsten Querschnittes der Düse ausserdem auch selbsttätig in Abhängigkeit vom Druck, von der Temperatur oder von der Menge des erzeugten Dampfes vornehmen, indem der kegelartige Körper mit einer von einer sol chen Grösse gesteuerten Vorrichtung verbun den wird. Man kann ,dadurch eine selbsttätige Anpassung der Brennstoffzufuhr in Abhän gigkeit von einer der genannten Betriebsgrö ssen erreichen.
Anstatt die Abhängigkeit nur von einer dieser Betriebsgrössen herzustellen, kann der engste Querschnitt der Düse auch selbsttätig in gleichzeitiger Abhängigkeit von mindestens zwei der genannten Betriebs grössen verändert werden. Der engste Quer schnitt der Düse kann aber auch .schliesslich in Abhängigkeit von irgend einer, mit der Leistung des Antriebmotors des zugehörigen Verdichters in Beziehung .stehenden De- triebsgrösse selbsttätig verändert werden.
Da bei kann die Leistung des Antriebmotors selbst von Hand oder aber auch .selbsttätig in Abhängigkeit von irgend einer Betriebs grösse veränderlich sein.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung. Aus den Fig. 1 und 2 sind die Kennlinien des Betriebes eines mit der Vorrichtung ver- sehenen Prallzerkleinerers in Verbindung mit einem Kolben- oder Kapselverdichter, bezw. einem Schleuderverdichter ersichtlich; Fig. <B>3</B> zeigt einen mit dem ersten Bei spiel versehenen Prallzerkleinerer mit einem.
von Hand zu betätigenden Regelkörper zur Veränderung des Düsenquerschnittes; F'ig. 4 zeigt eine Ausführungsform für selbsttätige Betätigung des Regelkörpers in Abhängigkeit von irgendeiner Betriebsgrösse und bei der Ausführungsform nach Fig. 5 findet eine selbsttätige Verände rung des engsten Durchflussquerschnittes unter Bewegungsabhängigkeit des Regelkör pers und des Mischrohres statt.
Die im Prallzerkleinerer umgesetzte Lei stung ist
EMI0003.0004
wobei dpi der Druckabfall im Prallzerkleinerer, V das auf den Ansaugezustaud des Verdichters be zogene Gasvolumen, Ti die absolute An saugetemperatur .des Gases, T2 dessen abso lute Temperatur beim Eintritt in den Prall- zerkleinerer und K eine Konstante ist.
Diese Beziehung gilt allerdings nur annähernd, da streng genommen das durch Anfangstempe ratur und Druckverhältnis bestimmte adi- abatische Wärmegefälle je Gewichtseinheit des Gases zu berechnen wäre. Für eine gene relle Betrachtung und besonders auch für verhältnismässig kleinen Druckabfall, ist aber die aufgestellte Bezeichnung durchaus ge nügend und sehr übersichtlich.
Im allgemei nen wird mit Vorteil das Gas vor dem Ein tritt in den Zerkleinerer stark vorgewärmt, so da,ss Tbeträchtlich höher ist als T1. Es soll die weitere Vereinfachung gemacht wer den, dass das Verhältnis T2 bei Belastungs- T1 änderung des Zerkleinerers wenigstens an nähernd konstant bleibt, eine Annahme, die in Hinsicht auf die hier vorliegende gene relle Betrachtung durchaus zulässig ist.
Dann ergibt sich die einfache Beziehung <I>=</I> K J <I>p, .</I> p, Die Suarme der Strö mungswiderstände, welche dem Zerkleinerer vor- und nachgeschaltet sein können, be- zeiclitleri wir trrit 4 1r2, und mit d <I>p -</I> d pl _%' J .P2 die ganze vom Verdichter zu leistende Druck erhöhung.
Die im Prallzerkleinerer im eng sten Querschnitt der Expansionsdüse er zeugte Geschwindigkeit ist ?.o <I>=</I> K @d pi. Dies gilt zum mindesten für verhältnismässig kleinen Druckabfall mit für diese Betrach- tung genügender Annäherung. Für den eng sten Querschnitt ergibt sich dann die Be ziehung:
EMI0003.0050
(Gleichung 1) oder
EMI0003.0051
(Glei chung 2).
In den Fig. 1 und 2 sind die Kennlinien für Kapsel- oder Kolbenverdichter irgend welcher Art und für Schleuderverdichter aufgetragen. Als Abszisse ist das Ansauge volumen V, als Ordinate der erzeugte Ge samtdruck d <I>p</I> gewählt. Die Drehzahl n dient als Parameter. Der Normalpunkt A hat die Abszisse und Ordinaten von je 100 Ein heiten und auch hie zugehörige Drehzahl ist mit 100 bezeichnet. Der für Widerstände ausserhalb des Prallzerkleinerers aufzuwen dende Druckabfall d <I>p 2</I> ist beim Normal punkt mit etwa 10 Einheiten angenommen. Sein Verlauf in Funktion des durchströmen den Volumens ist eine Parabel.
Der für den Prallzerkleinerer zur Verfügung stehende Druckabfall d pi ergibt sich als die Differenz von Q <I>p</I> und 4 p2 ohne weiteres aus dem Diagramm. Im Falle des Kolben- oder Kap selverdichters (Fig. 1) bleibt das Volumen bei einer bestimmten Drehzahl nahezu kon stant. Der Einfluss der innern Undichthei- ten macht sich so geltend, dass die Kennlinie für n = konstant indem gezeichneten Sinne ein wenig von der vertikalen abweicht.
Für die,Schleuderverdichter (Fig. 2) ergeben .sich dagegen Kennlinien, welche sich mehr\ der Horizontalen angleichen, weil bei konstanter Drehzahl der Druck sich verhältnismässig wenig, dagegen das Volumen in weiten Gren zen ändert.
Es lassen sich nun in einfacher Weise weitere Kennlinien eintragen für konstante, im Prallzerkleinerer umgesetzte Leistung, also für N = korst. Solche Kurven .sind ein getragen für N = 100, 75, 50 und 25. Wei terhin ergibt sich für konstanten Durchfluss- querschnitt. eine Kurvenschar f = konstant. Dabei .sind die Werte von N und f für den Normalpunkt A ebenfalls mit 100 bezeich net.
Den einfachsten Teil bietet 'die Verbin dung des Prallzerkleinerers mit einem Kol ben- oder Kapselverdichter konstanter Dreh zahl. Hier ergibt sich, wie Fig. 1 zeigt, dass für verkleinerte Leistung der engste Durch flussquerschnitt vergrössert werden muss, und zwar in dem angenommenen Beispiel für 1/4 Last von 100 auf 220 Einheiten.
Für den Fall, dass die Drehzahl veränderlich gemacht ist, erkennt man, dass zwecks Vermeidung von Drosselverlusten der engste Durchfluss- querschnitt in dem Gebiete rechts von der Kurve f = 100 für kleinere Leistung ver grössert, in dem Gebiete links von dieser Kurve jedoch verkleinert werden muss. Im allgemeinen wird das beste Resultat nament lich auch im Hinblick auf die Anschaffungs kosten, für den- Fall n - konstant erzielt werden.
Im Falle der Verwendung eines Schleu derverdichters bietet -ebenfalls die konstante Drehzahl (im besonderen bei elektromotori schem Antrieb) die grösste Einfachheit. Hier jedoch kommt man bei Übergang von A aus zu kleineren Leistungen in das Gebiet links der Kurve f = 100. Der engste Durchfluss- querschnitt ist also hier zu verkleinern, und zwar in dem vorliegenden Beispiel für 1/.4 Last von 100 bis auf nahezu 20 Einhei ten.
Handelt es sich beispielsweise um einen Prallzerkleinerer für Brennstoffe in Verbin dung mit einer Feuerung, in welche die im Prallzerkl.einerer entstehende Staubluft un- mittelbar eingeblasen wird, so kann es von grossem Vorteil sein, die Menge dieser Staub luft unveränderlich oder nahezu unveränder lich zu erhalten,
wie sich dies bei Verwen dung eines Kapsel- oder Kolbenverdichters mit unveränderlicher - D'rehzab1 in Verbin- Jung mit einer entsprechenden Querschnitts änderüng von selbst ergibt. Es sind Kohlen staub Feuerungsarten bekannt, bei welchen die Staubluft -mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit in den Feuerraum so einge führt wird, dass die Feuergase rotieren.
In diesem Falle kann es wünschbar oder -sogar notwendige Forderung sein, dass zur Erhal tung der Rotation zum mindesten die Ge schwindigkeit der Staubluft und demgemäss bei unveränderlich angenommenem Quer- schnitt für die Staubluft am Brenner auch die Staubluftmenge wenigstens angenähert unveränderlich bleibt oder doch über ein ge wisses Mass bei abnehmender Leistung nicht vermindert wird. Dies kann umsomehr von Bedeutung .sein, wenn die übrige Verbren nungsluft ebenfalls nicht durch Querschnitts änderung am Brenner,
sondern durch Drosse lung oder Drehzahländerung des zugehörigen Verdichters der Belastung der Feuerung an gepasst wird. Es kann also sehr wohl die be gründete Forderung auftreten, dass auch im Falle der Verwendung eines Schleuderver dichters für den Betrieb des Prallzerklei- nerers das Arbeitsgebiet erheblich unter die Kurve n = 100 und sogar rechts von der Kurve f = 1'00 zu verlegen ist. In letzterem Falle würde also auch bei Verwendung -des Schleuderverdichters der engste Querschnitt bei Verkleinerung der Leistung vergrössert werden.
Es ergibt sich dann gleichzeitig mit der Veränderung des, engsten Durchfluss- querschnittes eine Veränderung der Drehzahl des Verdichters. Die gleichen Betriebspunkte .des Verdichters können aber auch bei kon stanter Drehzahl durch Drosselung, vorzugs weise in der Saugleitung des Verdichters ver wirklicht werden; hierbei sind allerdings Verluste in Kauf zu nehmen. Es bleiben aber immerhin noch die erwähnten verbrennungs technischen Vorteile bestehen.
In Fig. 3 ist 1 das Gehäuse eines Prall- zerkleinerers, an das unten die im Durch messer unveränderliche Expansionsdüse D mit engstem Querschnitt 2 angeschlossen ist.
In der Achse dieser Düse steht der an der Stange 3' befestigte, kegelartige Körper 3, welcher vermöge Gewinde 4 und zugehöriger Mutter 5 durch Betätigung des Handrades 6 achsig verschoben werden kann. 7 ist der Eintrittsstutzen für das von einem Verdich ter geförderte und gegebenenfalls in einem Wärmeaustauscher erwärmte Gas.
8 ist das in der Düsenachse stehende Mischrohr, durch welches das von dem auf verhältnismässig grosse Geschwindigkeit gebrachten Gas bei 9 entnommene Rohrgut gegen den Prallkörper 1.0 geschleudert wird. Das Rohgut tritt bei 11 in den Prallzerkleinerer ein und häuft sich dort in der in der Zeichnung angegebenen Art. 12 sind Schaufeln, welche eine Sichtung .des erzeugten Staubes bewirken, derart, dass zu grobes Gut wieder auf das Rohgut zu rückfällt. Bei 13 tritt das eingeführte Gas mit dem erzeugten Staub gemeinsam aus.
In Fig. 4 steht die Expansionsdüse D mit engstem Querschnitt an der Stelle 20 in Ver bindung mit einem in Achsrichtung der Düse D verschiebbaren kegelartigen Körper 21. Dieser Körper 21 steht durch die Stange 22 in Verbindung mit einem Kalben 23, der in einen Zylinder 24 läuft und einerseits unter der Wirkung der zum Beispiel verstellbaren Feder 25 steht; anderseits kann er durch die Verbindung 26 unter den Einfluss irgend einer Betriebsgrösse gestellt sein und :somit in Abhängigkeit von dieser Betriebsgrösse den engsten Querschnitt der Düse D nach einem gewollten Gesetz verändern. Um die Vorrichtung einem gewollten Gesetz anzu passen, steht vor allem auch die Formgebung des Körpers 21 zur Verfügung.
Als Beispiel sei folgender Fall besprochen: In dem Prall- zerkleinerer wird Kohlenstaub erzeugt, der in die Feuerung einer Dampferzeugungs- anlage unmittelbar eingeblasen wird. Der den Prallzerkleinerer antreibende Verdichter sei ein Schleuderverdichter, welcher von einer Gegendruckturbine von verhältnismässig klei ner Leistung angetrieben wird. Die Kraftab gabe dieser Turbine sei wenigstens ange nähert proportional dem Dampfdrucke vor den Expansionsdüsen dieser Turbine.
Ver bindet man den Düsenraum der Dampftur bine mit 26, so steht die Grösse des engsten Querschnittes im Prallzerkleinerer in Ab hängigkeit von diesem Drucke und dadurch in mittelbarer Abhängigkeit von der auf genommenen Leistung des Schleuderverdich ters. Wird 'beispielsweise an der Dampftur bine von Hand, oder auch selbsttätig in Ab hängigkeit von irgend einer Betriebsgrösse der Dampf erzeugungsanlage,eine kleinere Leistung eingestellt, so sinkt der Druck über dem Kolben 23, die Feder drückt den Körper 21 nach oben, wodurch der engste Quer schnitt der Düse D verkleinert wird.
Dies kann bei unveränderlicher Drehzahl .des Schleuderverdichters aber auch in weitem Be reiche bei veränderlicher Drehzahl .die er wünschte Einstellung sein. Wollte man da gegen mit Rücksicht auf die Erhaltung mög lichst hoher Gasgeschwindigkeiten in der Feuerung den Betrieb in das Gebiet rechts von der Kurve f = 100 (Fig. 2) verlegen, so wäre die Vorrichtung insoweit umgekehrt einzurichten, dass die Feder 25 über dem Kol ben 23 angeordnet würde, während der Druck im Düsenraum der Dampfturbine un ter dem Kolben wirken würde.
In Fig. 5 ist 30 der engste Querschnitt der Expansionsdüse D, in welcher der kegel artige Körper 31 koaxial verschiebbar an geordnet ist. An der letzteren tragenden Stange 32 ist ein Kern 33 angebracht, wel cher in einem Solenoid 34 achsial beweglich angeordnet ist.
Dieses Solenoid kann bei spielsweise unter dem Einfluss des aufge nommenen Motorstromes des zum Prallzer- kleinerer gehörigen Verdichters stehen, .der art, dass der engste Durchflussquerschnitt der Düse in Abhängigkeit von der an dem ge nannten Elektromotor eingestellten Belastung sich verändert.
Das koaxial zur Düse 30 ver schiebbar angeordnete Mischrohr 35 des Prallzerkleinerers, welches durch Rippen ge führt ist, steht durch das Gestänge 37, 38, 39, welches sich auf die festen Drehpunkte 40, 41 stützt, mit dem verschiebbaren Kör per 31 in Verbindung, und zwar so, dass bei Vergrösserung des engsten Querschnittes das Rohr sich nach unten bewegt und dadurch die dem Gasstrom ausgesetzte Oberfläche des Rohgutes verkleinert. Die Anordnung kann so getroffen sein, @dass in der untersten mög lichen Stellung des Körpers 31 das Rohr 35 .die Kohlenzufuhr ganz abschliesst.
Als eine weitere konstruktive Ausfüh rungsform der selbsttätigen Veränderung des engsten Düsenquerschnittes sei noch das Bei- spiel- der Verbindung der Verstellorgane für den Körper 31 mit einem Thermostaten er wähnt.
Bei allen Beispielen wird wie ersichtlich der engste Querschnitt der Expansionsdüse durch Verschieben des kegelartigen Körpers verändert.